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La cartografía del cerebro

Por: Rafael H. Pagán Santini

2013-04-10 04:00:00

El descubrimiento de Luigi Galvani, el cual sentó las bases de la neurofisiología moderna al proporcionar evidencias de que por los nervios circulaba energía eléctrica y que  esta energía no era diferente de la producida por otros fenómenos naturales como el rayo o la fricción, ha permitido el desarrollo del proyecto del mapeo cerebral. Al deducir con acierto que el órgano encargado de generar la electricidad necesaria para hacer contraer la musculatura voluntaria era el cerebro y que los “cables” o “conectores” que el cerebro utilizaba para canalizar la energía hasta el músculo eran los nervios, ha permitido, además, seguir la ruta de estos nervios y estudiar cuál es su función.

La neurotecnología moderna incorpora tanto las formas invasivas como las no invasivas en las investigaciones sobre el cerebro. Estas tecnologías incluyen simulaciones de modelos neurales, computadores biológicos, aparatos para interconectar el cerebro con sistemas electrónicos y aparatos para medir y analizar la actividad cerebral. Las primeras (invasivas) requieren de la cirugía para incorporar receptores o emisores cerca o junto a áreas del cerebro o terminaciones nerviosas que van a ser afectadas. Las segundas (no invasivas) no requieren de cirugía eliminando los inconvenientes derivados de la intervención quirúrgica.

Recientemente el propio presidente de Estados Unidos, Barack Obama, anunció el proyecto de cartografiar el cerebro a un plazo de 10 años, con un presupuesto de US$100 millones para el primero año y en el que trabajará un equipo multidisciplinario de científicos del mundo público y privado. De igual forma, alrededor de 80 instituciones de investigación europeas y otras cuantas de fuera de la Unión Europea participarán en el Proyecto Cerebro Humano, que se calcula costará más de 1.000 millones de euros (US$1.288 millones). El proyecto utilizará modelos basados en supercomputadores y simulaciones para reconstruir un cerebro humano virtual.

En este caso, el mapeo o la cartografía del cerebro consisten en identificar que grupo de neurona tiene una función específica y donde se localizan. Para esto se requiere la combinación de técnicas que superen el problema de tiempo y espacio. Por ejemplo, las preguntas a contestar son qué neuronas se activaron cuando se estimuló y dónde se encuentran estas neuronas, lo ideal sería que estas dos preguntas pudieran ser contestadas simultáneamente. Si bien es cierto que el diagrama del cableado del cerebro no es fijo como el de un aparato electrónico y que tras cada experiencia ocurren cambios, por lo que el mapa cerebral es diferente en cada persona, el cerebro cuenta con una estructura permanente codificada en los genes, la que reproduce las mismas funciones en todos los seres humanos. Las variaciones individuales no invalidan las estructuras permanentes, antes bien, estas áreas aumentan o disminuyen en tamaño de acuerdo al desarrollo individual.

Actualmente, un grupo de investigadores del Hospital General de Massachusetts están desarrollando imágenes cerebrales utilizando escáneres construidos especialmente para este propósito, el cual se encuentran entre los más potentes del mundo. Los imanes de los escáneres necesitan 22MW de electricidad para funcionar, lo mismo que un submarino nuclear. El escáner, a través de los potentes y cambiantes campos magnéticos buscaban las pequeñas partículas de agua que viajan a través de las fibras nerviosas. Siguiendo estas partículas, los científicos son capaces de detectar las principales conexiones del cerebro en imágenes de tres dimensiones.

En años recientes se han presentado varias estrategias científicas que muestran como la actividad cerebral puede ser descodificada y desarrollarse un método para poder leer los pensamientos. Los neuro–ingenieros han desarrollado una técnica donde se implantan electrodos bajo el cráneo que permite obtener y procesar la actividad cerebral, interpretar algunas señales cerebrales que intervienen en la formación de sonidos simples, y traducir esto en el movimiento de un cursor en una pantalla de computadora. Al colocar electrodos directamente en el cerebro, la persona logra mover un cursor con sólo pensar en sonidos de vocales. A esta tecnología de le conoce como de “Interfaz Cerebro–Computador” (en inglés, Brain–Computer Interface, BCI).

La cartografía cerebral es fundamental para el desarrollo de la tecnología de interfaz cerebro–computador, la cual capaz de traducir nuestras intenciones en interacción real con un mundo físico o virtual. El funcionamiento básico de una BCI es medir la actividad cerebral, procesarla para obtener las características de interés, y una vez obtenidas interaccionar con el entorno de la forma deseada por el usuario. Desde un punto de vista de la interacción hombre–máquina, esta interfaz tiene dos características que la hacen única frente a todos los sistemas existentes. La primera de ellas es su potencial para construir un canal de comunicación natural con el hombre, la segunda su potencial acceso a la información cognitiva y emocional del usuario1.

La BCI tiene como objetivo traducir las intenciones directamente en órdenes, lo que en términos militares significa poder “conectar” directamente al cerebro de un soldado sus armas o drones (aviones no tripulados). Los investigadores encargados de estos programas han recalcado una y otra vez que el beneficio directo e inmediato de estas nuevas investigaciones será el ser humano. Sin embargo, al ver cómo ha funcionado el Proyecto del Genoma Humano, vemos que los beneficiarios han sido las farmacéuticas y la industria de la salud. Sus productos son incosteables, aún para los gobiernos de países en desarrollo, no digamos un individuo.

Entre las técnicas no invasivas para el estudio del cerebro se encuentran: las imágenes por resonancia magnética funcional (FMRI) que mide la respuesta de los flujos sanguíneos durante la actividad neuronal; la tomografía de emisión de positrones (PET) que permite observar el flujo sanguíneo o el metabolismo en el cerebro; la resonancia magnética espectroscópica (MRS) basada en procesos de valoración de la funciones del cerebro vivo; la tomografía cerebral por computación activa de microondas (EMIT); la imagen por ultrasonidos en dos dimensiones (2D–Ultrasound Imaging). El electroencefalograma (EEG) es uno de los métodos clásicos de estudio del cerebro. A través del EEG se mide la actividad eléctrica del cerebro por medio de electrodos colocados en la superficie de la cabeza, o en casos especiales, sobre la superficie de la corteza cerebral. La magnetoencefalografía es una técnica reciente usada para medir los campos magnéticos generados por la actividad eléctrica en el cerebro mediante sensores extremadamente sensibles tales como superconductores de interferencia cuántica (SQUIDs). Para el estudio del cerebro también se cuenta con los implantes cerebrales de aparatos microtecnológicos o nanotecnológicos que se conectan directamente al cerebro biológico del sujeto, normalmente colocados en la superficie del cerebro o en la corteza cerebral.

 

1Javier Mínguez, Tecnología de Interfaz Cerebro–Computador Grupo de Robótica, Percepción y Tiempo Real Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas Universidad de Zaragoza, España (email: jminguez@unizar.es)

Si desea más información sobre esta columna puede escribir al correo electrónico

rhpmedicus@yahoo.com.mx

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